屋頂為王下:光伏降低度電成本的設計新思路

根據國家能源局統計,2017年1季度,分布式光伏裝機達到2.43GW,相對于2016年同比增長了148%;有機構預測,2017年全年的分布式裝機在9GW以上,相對于2016年增長100%以上。分布式光伏項目迎來快速發展期。
摩爾光伏     2017-7-18 9:51:10

根據國家能源局統計,2017年1季度,分布式光伏裝機達到2.43GW,相對于2016年同比增長了148%;有機構預測,2017年全年的分布式裝機在9GW以上,相對于2016年增長100%以上。分布式光伏項目迎來快速發展期。

地面電站的租金,一般在300~500元/畝之間,折合0.45~0.75元/ m2。而分布式光伏項目的屋頂租金要遠高于這一標準。隨著分布式光伏項目受市場熱捧,優質屋頂越來越難得,屋頂租金越來越貴。部分企業在投標中甚至給出10元/m2的屋頂租金。在此情況下,設計是更多的會追求更高的“單位面積發電量”,或者更低的“度電成本”。本項目將從這兩個角度進行討論。


前提條件


1、項目場址

假設項目位于山東煙臺,水平面年總輻射量為1460kWh/m2;

2、項目規模與屋頂租金

項目規模為3MWp,10kV并網,工業混凝土屋頂,年租金為6元/m2;采用60片型號為270Wp的光伏組件

3、項目電價

如果全額上網,則電價為0.85元/kWh(含稅,下同);

如果自發自用、余電上網,則自用部分按照山東10kV的工商業電價0.7489元/kWh九折考慮,為0.674元/kWh;上網部分按照0.3729元/kWh;全部電量考慮0.42元/kWh的國家補貼。


提高單位面積的發電量


1、優化傾角設計

根據當地太陽能源的分布情況,當固定傾角為32°時,傾斜面接受的輻射量最大;此時,


3MW項目理論占地面積為(僅考慮通道,前后不遮擋)0.0451km2;

若項目系統效率按82%考慮,則項目的年發電量為395.88萬kWh;

單位面積的年發電量為87.84kWh/m2。


如果傾角降低,將導致發電量降低;然而同時,占地面積將減少。對傾角為5°~32°時,項目單位面積的發電量進行計算,結果如下表。

表1:不同傾角時的單位面積年發電量

從上表可以看出,當方陣傾角降低,前后間距變少,裝機密度增加,雖然總發電量減少,但單位面積的發電量越來越大。

相對于最佳傾角32°,傾角為5°時,總發電量降低了7.4%,但單位面積的發電量增加了66.2%。


2、使用高轉化效率組件

使用高轉化效率組件是提升單位面積發電量最有效的方法。表1中數據時采用270Wp組件為基礎進行計算,若采用300Wp的高效組件,則5°~32°時單位面積的發電量如表2所示。

表2:采用高效組件的單位面積發電量

采用270Wp組件和300Wp組件時,單位面積發電量的對比如下表所示。

表3:不同型號組件單位面積發電量對比(單位:kWh/m2)

從上圖可以看出,高效組件的單位面積產出量高出普通組件高出13.9%。

當傾角為5°時,每平米的年發電量高出20kWh,更加集約的利用了屋頂資源。

降低度電成本分析

單位面積的產出量提高,體現了對有限屋頂的集約化利用;然而,其中一個重要原因是安裝量增加,投資密度加大。因此,單位投資產出比更能體現投資的經濟性。

無論是傾角降低還是使用高效組件,都會使項目占地面積減少,因此


1)線纜、橋架等長度會減少,相應投資減少;

2)線損會降低,系統效率提高,發電量升高。


然而,由于兩項影響較少,下文暫不考慮。

項目投資分初始投資和年運營成本兩部分,改變傾角和使用高效組件,會帶來兩部分的變化,從而改變資金的投入產出比。

1、改變傾角對產出比的影響

由于項目規模不變,因此初始投資不變。

傾角變化的主要影響為非最佳傾角帶來發電量降低、減少占到從而節約租金。將兩項對比如下表。

表4:改變傾角對年租金的影響

從上表可以看出,在屋頂租金為6元/m2的情況下,與最佳傾角32°相比,

傾角為5°~20°時,提高單位面積發電量節省的租金,不足以彌補年電費收入的減少,

而25°~30°時,提高單位面積發電量節省的租金,高于年電費收入的減少。


為了尋找技術經濟的最佳傾角,對25°~32°時的情況進行詳細分析,如下表所示。

表5:傾角為25°~32°時技術經濟分析

從上表可以看出,由于電價不相同,當采用“自發自用、余電上網”模式,電價較高,傾角為27°時項目的度電成本最低;與32°相比,相當于度電成本下降了0.25分。

當采用“全額上網”模式,電價相對較低,傾角為26°時項目的度電成本最低。與32°相比,相當于度電成本下降了0.28分。


可見,在如今屋頂租金高昂的情況下,適當降低安裝傾角,減少發電收入,但增加裝機容量從而減少屋頂租金,會提高項目的投入產出比,降低度電成本。


2、高效組件對產出比的影響

使用高效組件可以帶來兩方面的影響:


1)組件價格提高、BOS成本降低,導致初始投資變化;

2)發電量不變但租金降低。


3MW的項目采用270Wp組件和300Wp組件的初始投資不相同的部分進行簡單對比,如下表所示。

表6:采用不同型號組件初始投資差異

說明:按照目前情況,高效比普通貴0.2元/W考慮。

從上表可以看出,高效組件的初始投資仍比普通組件貴19.65萬元,折合6.55分/Wp;然而,使用高效組件后,未來的年屋頂租金會大大降低,不同傾角時的年租金差異如下表所示。

表7:采用不同組件的年租金變化

從上表可以看出,當傾角為5°~32°時,使用高效組件,3MWp項目的年租金大約降低2.987~3.306萬元,角度越大,租金節省越明顯。

按照行業基準收益率8%為折現率考慮,20年租金降低折合初始投資降低29.32~32.46萬元。


通過對比可以發現:

3MWp項目使用高效組件雖然初始投資增加了19.65萬元,但年屋頂租金可以節省2.987~3.306萬元左右,折合初始投資29.32~32.46萬元。因此,使用高效組件可以實現20年內減少10~13萬的總投資,折合20年平均的度電成本降低了0.11~0.15分。


結論

由于分布式光伏項目投資快速增加,優質屋頂受熱捧,租金連年看漲。在此情況下,屋頂租金對項目收益產生較大影響。通過研究發現,在設計上的改進,可以提高項目的經濟性。

在本文假設的項目條件下:


傾角為32°時發電量最大,但將傾角降低到26°、27°時度電成本最低,比32°可降低約0.25分。

使用300Wp的高效組件相對于270Wp的普通組件,20年的度電成本可以降低0.11~0.15分。


可見,在目前的屋頂租金水平下,降低方陣傾角,使用高效組件都可以有效提高單位面積的發電量,并能提高資金的投入產出比,降低度電成本。來源: 智匯光伏  王淑娟


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